[發明專利]基于時間序列的微模塊數據中心熱源預判和冷源調控方法有效
| 申請號: | 202011585847.2 | 申請日: | 2020-12-29 |
| 公開(公告)號: | CN112292013B | 公開(公告)日: | 2021-11-02 |
| 發明(設計)人: | 吳振翔;張定樑;高福義;袁祎 | 申請(專利權)人: | 南京壹格軟件技術有限公司 |
| 主分類號: | H05K7/20 | 分類號: | H05K7/20 |
| 代理公司: | 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273 | 代理人: | 張艷 |
| 地址: | 210000 江蘇省南京市江*** | 國省代碼: | 江蘇;32 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 基于 時間 序列 模塊 數據中心 熱源 調控 方法 | ||
1.一種基于時間序列的微模塊數據中心熱源預判和冷源調控方法,其特征在于:包括以下步驟:
步驟1:數據采集:首先將微模塊數據中心劃分為前、中、后3個區域,在微模塊數據中心的各機柜的PDU前端安裝智能電量采集器,通過對不同區域機柜中IT負載的功耗檢測,建立原始時間序列,并建立季節性分解模型,對原始時間序列的各個構成因素進行分解,結合霍特.溫特預測方法預測出下一時間周期內微模塊內IT負載的功耗分布情況,通過功耗分布的變化計算出微模塊內IT設備在下一時間周期的功耗的變化,得出IT負載熱功耗的分布情況;
建立原始時間序列的具體過程為,在預測IT設備負載工況之前需要將原始時間序列中的4種構成因素分解出來,并加以分析,其數學表達式為:
Yt=f(Tt,St,Ct,Rr),(1)
式(1)中,Yt表示原始時間序列,Tt表示長期趨勢、St表示季節變動趨勢、Ct表示循環變動趨勢、Rt表示不規則變動趨勢;
原始時間序列中的乘法模型是指時間序列中4種構成因素分別進行相乘處理,彼此之間存在著相互依賴的關系,其表達式為:Yt=Tt×St×Ct×Rt;
針對微模塊機房IT負載工況的分布而言,前后數值的重要程度相等,因此選擇權重相等移動平均法來計算當前時刻的移動平均數,按照IT負載設備開啟的時間為7*24小時,以1分鐘為一個負載功率數據采樣點,共有7組樣本數據,每組樣本數據的數據量為1440個點,建立季節性分解模型中季節性周期長度為1440,因此將計算公式中的相關數字進行修改,其計算公式如下:
式(2)中,MAt表示當前時刻移動平均數,Yt表示對應原始數據,
Yt-i和Yt+i表示通過當前原始數據向前、向后移動i個位置所表示的數據,通過計算得到原始數據序列所對應的移動平均值,同時利用序列比率公式:序列比率=原始數據/移動平均值×100%,剔除時間序列中存在的長期趨勢Tt因素;完成IT負載功耗時間序列因素分解的工作之后,還需要對序列的成分因素進行預測,選擇霍特.溫特指數平滑處理方法對時間序列因素進行數據預測,霍特.溫特指數平滑處理結合第t+k期的季節性因素作出k期超前預測,假設季節性周期的長度是M,對于季節模型是乘法模型,則對于序列趨勢的預測公式為:
Ft+K=(Lt+kTt)St+k-M,(3)
式(3)中,Ft+k表示對序列趨勢的預測,L、T、S依次表示序列的平穩性、趨勢性、季節性,St+k-M表示季節性,下標t、t+k-M均表示周期取值,霍特.溫特指數平滑處理允許水平、趨勢、周期性模型隨時間變化,當更多新數據到來時,這三種組成成分被重新估計和更新,相應的三個更新方程為:
Lt=αYt/St-M+(1-α)(Lt-1+Tt-1),(4)
Tt=β(Lt-Lt-1)+(1-β)Tt-1,(5)
St=γ(Yt/Lt)+(1-γ)St-M,(6)式(4)、(5)、(6)中α,β,γ分別表示為模型中的平穩性、趨勢性、季節性的初始參數,下標t-1、t-M均表示周期取值,此處得到的時間序列并沒有包含原始序列中的季節因素,所以不是最終要求的結果,因此將預測時間序列組乘以季節性因素最終得到下一個時間周期24小時內的IT負載功耗變化的預測值;
步驟2:計算熱源:每個區域IT負載熱功耗依次表示為Q1、Q2、Q3,微模塊數據中心的總負載為Q,
式(7)中Q1、Q2、Q3分別是微模塊數據中心前、中、后三個區域熱量值;λ是IT負載設備的熱量轉化系數;Y1、Y2、Y3是預測序列中的IT負載功耗值,T表示分析比較的區域;
步驟3:計算冷源:根據不同區域IT負載熱功耗的分布情況,進行列間空調冷量匹配計算,每個區域的冷源依次表示為C1、C2、C3,微模塊數據中心總的冷源為C,C=C1+C2+C3,Q=C,當IT負載運行在高負荷工作狀態下,提升區域內空調制冷量的輸出,當設備運行在低負荷工作狀態下,降低空調制冷量的輸出;空調總供給冷量C的計算公式為:
式(8)中C1、C2、C3分別是微模塊數據中心前、中、后三個區域空調冷量輸出值;4.2是水的比熱系數;Li是第i臺空調的冷凍水進水流量值;Sti是第i臺空調的冷凍水進水溫度值;Rti是第i臺空調的冷凍水出水溫度值,T表示分析比較的區域;
步驟4:制冷調節:根據熱平衡原理,保證微模塊數據中心的前、中、后三個區域的預測熱量等于下一時刻空調冷量的供給,從而做到提前調節冷凍水閥和風機;根據計算出的空調制冷量,通過計算得出當前空調所需要的水閥開度和風機轉速,通過通訊接口將水閥開度和風機轉速參數下發給微模塊各區域中的空調,空調根據得到的參數進行水閥開度和風機轉速的實時調整;
在冷量匹配的過程中優先調節冷凍水閥,冷凍水閥的調節范圍為0~100%,當水閥調節到100%時,計算出的區域空調冷量還不能滿足區域熱量時,再調整風機轉速,風機轉速的調整范圍為制冷最小風量到制冷最大風量,直到在動態調整此區域實現冷熱平衡。
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